Collisional Dynamics of Half-Quantum Vortices in a Spinor Bose-Einstein Condensate

양자기체 연구실 연구진은 스피너 응집체에서 존재하는 반양자수 양자 소용돌이(half-quantum vortex)의 충돌 동력학에 대한 연구를 수행하였다. 반양자수 소용돌이는 스핀 텍스처가 얽혀있는 구조를 갖고 있어 일반적인 양자 소용돌이와는 다른 동력학을 보일 것으로 예측되어 왔다. 연구진은 반양자수 양자 소용돌이 간의 충돌실험을 수행하여 1) 양자 소용돌이들 사이에 근거리 상호작용이 존재하고, 2) 충돌과정에서 마그논(magnon) 생성이 수반됨을 확인하였다.

참여연구원: 서상원, 권우진, 강세지, 신용일

Collisional Dynamics of Half-Quantum Vortices in a Spinor Bose-Einstein Condensate

We present an experimental study on the interaction and dynamics of half-quantum vortices (HQVs) in an antiferromagnetic spinor Bose-Einstein condensate. By exploiting the orbit motion of a vortex dipole in a trapped condensate, we perform a collision experiment of two HQV pairs, and observe that the scattering motions of the HQVs is consistent with the short-range vortex interaction that arises from nonsingular magnetized vortex cores. We also investigate the relaxation dynamics of turbulent condensates containing many HQVs, and demonstrate that spin wave excitations are generated by the collisional motions of the HQVs. The short-range vortex interaction and the HQV-magnon coupling represent two characteristics of the HQV dynamics in the spinor superfluid.